Беспроводная передача мощности — HiSoUR История культуры

Беспроводная передача мощности (WPT), беспроводная передача энергии (WET) или передача электромагнитной энергии — это передача электрической энергии без проводов в качестве физического соединения. В беспроводной системе передачи энергии передающее устройство, управляемое электрической мощностью от источника питания, генерирует изменяющееся во времени электромагнитное поле, которое передает мощность через пространство в приемное устройство, которое извлекает энергию из поля и передает его в электрическую нагрузки. Беспроводная передача энергии полезна для питания электрических устройств, где соединительные провода неудобны, опасны или невозможны.

Технологии беспроводной энергетики в основном делятся на две категории: нерадиационные и радиационные. В методах ближнего поля или нерадиации мощность передается на короткие расстояния магнитными полями, используя индуктивную связь между катушками провода или электрическими полями, используя емкостную связь между металлическими электродами.Индуктивная связь — наиболее широко используемая беспроводная технология; его приложения включают в себя зарядку карманных устройств, таких как телефоны и электрические зубные щетки, метки RFID, а также беспроводную зарядку или непрерывную беспроводную передачу энергии в имплантируемых медицинских устройствах, таких как искусственные кардиостимуляторы или электромобили.

В дальних или радиационных методах, также называемых силовыми лучами, мощность передается пучками электромагнитного излучения, например, микроволнами или лазерными лучами. Эти методы могут переносить энергию на большие расстояния, но должны быть направлены на приемника. Предлагаемыми приложениями для этого типа являются спутники солнечной энергии и беспилотные беспилотные летательные аппараты.

Важной проблемой, связанной со всеми беспроводными энергосистемами, является ограничение воздействия людей и других живых существ на потенциально вредные электромагнитные поля.

Полевые области
Электрические и магнитные поля создаются заряженными частицами в веществе, таком как электроны. Стационарный заряд создает в пространстве вокруг него электростатическое поле.Постоянный ток зарядов (постоянный ток, постоянный ток) создает вокруг него статическое магнитное поле. Вышеуказанные поля содержат энергию, но не могут переносить энергию, потому что они являются статическими. Однако изменяющиеся во времени поля могут нести власть. Ускорение электрических зарядов, таких как обнаруженные в переменном токе (AC) электронов в проводе, создает изменяющиеся во времени электрические и магнитные поля в пространстве вокруг них. Эти поля могут оказывать колебательные силы на электроны в приемной «антенне», заставляя их двигаться вперед и назад. Они представляют собой переменный ток, который можно использовать для питания нагрузки.

Колеблющиеся электрические и магнитные поля, окружающие движущиеся электрические заряды в антенном устройстве, можно разделить на две области, в зависимости от расстоянияD от антенны. Граница между регионами несколько неопределенно определена. Поля имеют разные характеристики в этих регионах, и для передачи мощности используются разные технологии:

Near-field или безызлучательная область. Это означает площадь в пределах около 1 длины волны (λ) антенны. В этой области колебательные электрические и магнитные поля являются отдельными, и энергия может передаваться через электрические поля посредством емкостной связи (электростатической индукции) между металлическими электродами или через магнитные поля посредством индуктивной связи (электромагнитной индукции) между катушками провода. Эти поля не излучают, что означает, что энергия остается на небольшом расстоянии от передатчика. Если нет приемного устройства или поглощающего материала в пределах их ограниченного диапазона, чтобы «пара», никакая сила не выходит из передатчика. Диапазон этих полей короток и зависит от размера и формы «антенных» устройств, которые обычно являются катушками проводов. Поля и, таким образом, передаваемая мощность экспоненциально уменьшаются с расстоянием, поэтому, если расстояние между двумя «антеннами» _{диапазона} D намного больше, чем диаметр «антенн», то будет получено очень мало энергии. Поэтому эти методы не могут использоваться для передачи мощности на большие расстояния.

Резонанс, такой как резонансная индуктивная связь, может значительно увеличить связь между антеннами, позволяя эффективную передачу на несколько больших расстояниях, хотя поля по-прежнему экспоненциально уменьшаются. Поэтому диапазон ближнепольных устройств условно делится на две категории:

Короткая дальность действия — до примерно одного диаметра антенны: _{диапазон} D ≤ D _{муравей} .Это диапазон, при котором обычная нерезонансная емкостная или индуктивная связь может передавать практическое количество энергии.

Средний диапазон — до 10 раз диаметр антенны: D _{диапазон} ≤ 10 D _{муравей} . Это диапазон, при котором резонансная емкостная или индуктивная связь может передавать практическое количество энергии.

Дальняя или радиационная область. За пределами около 1 длины волны (λ) антенны электрическое и магнитное поля перпендикулярны друг другу и распространяются как электромагнитная волна; Примерами являются радиоволны, микроволны или световые волны.Эта часть энергии излучательна, то есть она оставляет антенну независимо от того, есть ли приемник для ее поглощения. Часть энергии, которая не попадает на приемную антенну, рассеивается и теряется в системе. Количество энергии, излучаемой как электромагнитные волны антенной, зависит от отношения размера антенны Dant к длине волны λ, которая определяется частотой: λ = c / f. На низких частотах f, где антенна намного меньше, чем размер волн, D _ant << λ, излучается очень мало энергии. Поэтому приповерхностные устройства выше, которые используют более низкие частоты, почти не излучают их энергию как электромагнитное излучение. Антенны примерно такого же размера, как длина волны D _ant≈ λ, такие как монопольные или дипольные антенны, эффективно излучают энергию, но электромагнитные волны излучаются во всех направлениях (всенаправленно), поэтому, если приемная антенна находится далеко, только небольшое количество радиация ударит его.Поэтому они могут использоваться для короткого диапазона, неэффективной передачи мощности, но не для передачи на большие расстояния.

Однако, в отличие от полей, электромагнитное излучение может быть сфокусировано отражением или преломлением в пучках. Используя антенну с высоким коэффициентом усиления или оптическую систему, которая концентрирует излучение в узком луче, направленном на приемник, его можно использовать для передачи большой дальности. Из критерия Рэлея для получения узких лучей, необходимых для фокусировки значительного количества энергии на удаленном приемнике, антенна должна быть намного больше длины волны используемых волн: D _ant >> λ = c / f. Практические устройства питания пучка требуют длины волн в сантиметровой области или ниже, соответствующие частотам выше 1 ГГц, в микроволновом диапазоне или выше.

Методы ближнего поля (безызлучательные)
При большом относительном расстоянии компоненты ближнего поля электрического и магнитного полей являются приблизительно квазистатическими осциллирующими дипольными полями. Эти поля уменьшаются с кубом расстояния: ( D _range / D _ant ) -3 Поскольку мощность пропорциональна квадрату напряженности поля, передаваемая мощность уменьшается как (_{диапазон} D / D _ant ) -6. или 60 дБ за десятилетие. Другими словами, если далеко друг от друга удвоение расстояния между двумя антеннами приводит к тому, что принимаемая мощность уменьшается в 2 раза = 64. В результате индуктивная и емкостная связь может использоваться только для короткой передачи мощности внутри в несколько раз больше диаметра антенного устройства D _ant . В отличие от радиационной системы, где максимальное излучение происходит, когда дипольные антенны ориентированы поперек направления распространения, с дипольными полями максимальная связь возникает, когда диполи ориентированы продольно.

Индуктивная муфта
В индуктивной связи (электромагнитная индукция или индуктивная передача мощности, IPT) мощность передается между катушками провода магнитным полем. Передатчик и приемник соединяются вместе с трансформатором (см. Диаграмму). Переменный ток (AC) через катушку передатчика (L1) создает колебательное магнитное поле (B) по закону Ампера. Магнитное поле проходит через приемную катушку (L2), где она индуцирует переменное электромагнитное поле (напряжение) по закону индукции Фарадея, что создает переменный ток в приемнике. Наведенный переменный ток может либо приводить в нагрузку напрямую, либо выпрямлять постоянный ток (DC) выпрямителем в приемнике, который управляет нагрузкой. Несколько систем, таких как зарядные устройства для электрической зубной щетки, работают на частоте 50/60 Гц, поэтому ток сети переменного тока подается непосредственно на катушку передатчика, но в большинстве систем электронный генератор генерирует ток переменного тока более высокой частоты, который управляет катушкой, поскольку эффективность передачи улучшается с частотой.

Индуктивная связь является самой старой и наиболее широко используемой технологией беспроводной связи и практически единственной до сих пор, которая используется в коммерческих продуктах. Он используется в индуктивных зарядных стойках для беспроводных приборов, используемых во влажных средах, таких как электрические зубные щетки и бритвы, для снижения риска поражения электрическим током. Другой областью применения является «чрескожная» подзарядка биомедицинских протезных устройств, имплантированных в организм человека, таких как кардиостимуляторы и инсулиновые помпы, чтобы избежать проводов, проходящих через кожу. Он также используется для зарядки электрических транспортных средств, таких как автомобили, и для зарядки или транзитных транспортных средств, таких как автобусы и поезда.
Однако самым быстрорастущим использованием являются беспроводные зарядные площадки для зарядки мобильных и карманных беспроводных устройств, таких как ноутбуки и планшетные компьютеры, мобильные телефоны, цифровые медиа-плееры и контроллеры видеоигр.

Передаваемая мощность увеличивается с частотой и взаимной индуктивностью $M$ между катушками, которые зависят от их геометрии и расстояния ${\ displaystyle D _ {\ text {range}}}$ между ними. Широко используемый показатель достоинства — коэффициент связи ${\ displaystyle k \; знак равно M / {\ sqrt {L_ {1} L_ {2}}}}$ , Этот безразмерный параметр равен доле магнитного потока через катушку передатчика $L1$ который проходит через катушку приемника $L2$ когда L2 разомкнут. Если две катушки находятся на одной оси и закрываются вместе, поэтому весь магнитный поток из $L1$ проходит через $L2$ , $к = 1$ и эффективность связи достигает 100%. Чем больше расстояние между катушками, тем больше магнитное поле от первой катушки пропускает вторую, а нижняя $К$ и эффективность связи приближается к нулю при больших расстояниях.Эффективность связи и передаваемая мощность примерно пропорциональны $к ^ 2$ , Для достижения высокой эффективности катушки должны быть очень близко друг к другу, доля диаметра катушки ${\ displaystyle D _ {\ text {ant}}}$ , обычно в сантиметрах, при этом оси катушек выровнены.Широкие плоские формы катушек обычно используются для увеличения сцепления.Ферритовые «ограничивающие поток» сердечники могут ограничивать магнитные поля, улучшая сцепление и уменьшая помехи для соседней электроники, но они тяжелые и громоздкие, поэтому небольшие беспроводные устройства часто используют воздушные сердечники.

Обычная индуктивная связь может достигать высокой эффективности, когда катушки очень близки друг к другу, как правило, рядом. В большинстве современных индуктивных систем используется резонансная индуктивная связь, в которой эффективность повышается за счет использования резонансных схем. Это может обеспечить высокую эффективность на больших расстояниях, чем нерезонансная индуктивная связь.

Резонансная индуктивная связь
Резонансная индуктивная связь (электродинамическая связь, сильно связанный магнитный резонанс) представляет собой форму индуктивной связи, в которой мощность передается магнитными полями (B, зеленый) между двумя резонансными цепями (настроенными схемами), одна в передатчике и одна в приемнике ( см. диаграмму, справа). Каждый резонансный контур состоит из катушки провода, подключенной к конденсатору, или саморезонансной катушки или другого резонатора с внутренней емкостью. Они настроены на резонанс на той же резонансной частоте. Резонанс между катушками может значительно увеличить сцепление и передачу мощности, аналогично тому, как вибрирующая вибрирующая вилка может вызвать симпатические вибрации в отдаленной вилке, настроенной на один и тот же шаг.

Никола Тесла впервые обнаружил резонансную связь во время своих новаторских экспериментов по беспроводной передаче энергии в начале 20-го века, но возможности использования резонансной связи для увеличения диапазона передачи данных были недавно изучены. В 2007 году команда во главе с Марин Сольячич в Массачусетском технологическом институте использовала две связанные настроенные схемы, каждая из которых состояла из саморезонансной катушки длиной 25 см на частоте 10 МГц для достижения пропускания 60 Вт мощности на расстояние 2 м (6,6 фута) ( 8 раз больше диаметра катушки) с эффективностью около 40%. Soljačić основал компанию WiTricity (то же имя, что и команда, используемая для этой технологии), которая пытается коммерциализировать технологию.

Концепция резонансных индуктивных систем связи заключается в том, что резонаторы с высоким коэффициентом добротности обмениваются энергией с гораздо большей скоростью, чем они теряют энергию из-за внутреннего затухания. Поэтому, используя резонанс, такое же количество энергии может переноситься на большие расстояния, используя гораздо более слабые магнитные поля в периферийных областях («хвосты») приповерхностных полей (их иногда называют исчезающими полями). Резонансная индуктивная связь может обеспечить высокую эффективность в диапазоне от 4 до 10 раз больше диаметра катушки ( D _ant ). Это называется «промежуточным» переносом, в отличие от «короткого диапазона» нерезонансного индуктивного переноса, который может достичь аналогичной эффективности только тогда, когда катушки смежны. Другим преимуществом является то, что резонансные цепи взаимодействуют друг с другом гораздо сильнее, чем с нерезонансными объектами, что потери мощности из-за поглощения в смежных соседних объектах незначительны.

Недостатком теории резонансной связи является то, что при близких расстояниях, когда две резонансные схемы плотно связаны, резонансная частота системы уже не постоянна, а «расщепляется» на два резонансных пика, поэтому максимальная передача мощности больше не происходит в оригинальной резонансная частота и частота генератора должны быть настроены на новый резонансный пик. Случай использования такого сдвинутого пика называется «одиночным резонансным». Также использовались «одиночные резонансные» системы, в которых только вторичная — это настроенная схема. Принцип этого явления также называется «(магнитной) фазовой синхронизацией» и уже начал практическое применение для AGV в Японии примерно с 1993 года. И теперь концепция резонанса, представленная исследователем MIT, применяется только к вторичному резонатору, и реализована высокоэффективная широкополосная беспроводная система передачи энергии с высокой пропускной способностью и используется для индукционного токоприемника SCMaglev.

Резонансная технология в настоящее время широко внедряется в современные индуктивные беспроводные энергосистемы. Одной из возможностей, предлагаемых этой технологией, является зональная беспроводная сеть. Катушка в стене или потолке комнаты может иметь возможность беспроводного освещения и мобильных устройств в любом месте комнаты с разумной эффективностью. Экологические и экономические преимущества беспроводного питания небольших устройств, таких как часы, радиоприемники, музыкальные плееры и пульты дистанционного управления, состоят в том, что он может радикально сократить количество уничтожаемых ежегодно 6 миллиардов батарей, большой источник токсичных отходов и загрязнение грунтовых вод.

Емкостная муфта
В емкостной связи (электростатическая индукция), конъюгат индуктивной связи, энергия передается электрическими полями между электродами, такими как металлические пластины.Электроды передатчика и приемника образуют конденсатор с промежуточным пространством в качестве диэлектрика. На передающую пластину подается переменное напряжение, генерируемое передатчиком, а колебательное электрическое поле индуцирует переменный потенциал на приемной пластине посредством электростатической индукции, из-за чего переменный ток протекает в цепи нагрузки. Количество передаваемой мощности увеличивается с частотой квадрата напряжения и емкостью между пластинами, которая пропорциональна площади меньшей пластины и (на короткие расстояния) обратно пропорциональна расстоянию.

Емкостная связь используется практически только в нескольких приложениях с малой потребляемой мощностью, поскольку очень высокие напряжения на электродах, необходимые для передачи значительной мощности, могут быть опасными и могут вызывать неприятные побочные эффекты, такие как вредное производство озона. Кроме того, в отличие от магнитных полей электрические поля сильно взаимодействуют с большинством материалов, включая тело человека, из-за диэлектрической поляризации. Промежуточные материалы между электродами или вблизи них могут поглощать энергию, в случае людей, которые могут вызывать чрезмерное воздействие электромагнитного поля. Однако емкостная муфта имеет несколько преимуществ перед индуктивной связью. Поле в значительной степени ограничено между пластинами конденсаторов, уменьшающими помехи, которые в индуктивном соединении требуют тяжелых ферритовых «ограничителей потока». Кроме того, требования к выравниванию между передатчиком и приемником менее критичны. Емкостная связь недавно применялась для зарядки переносных устройств с питанием от батареи, а также для зарядки или непрерывной беспроводной передачи энергии в биомедицинских имплантатах и рассматривается как средство передачи мощности между слоями подложки в интегральных схемах.

Использовались два типа схем:
Биполярный дизайн: в этом типе схемы есть две передающие пластины и две приемные пластины. Каждая пластина передатчика соединена с приемной пластиной. Генератор передатчика управляет пластинами передатчика в противоположной фазе (разность фаз 180 °) высоким переменным напряжением, а нагрузка подключается между двумя приемными пластинами. Переменные электрические поля индуцируют противоположные фазовые переменные потенциалы в приемных пластинах, и это «push-pull» действие заставляет ток течь назад и вперед между пластинами через нагрузку. Недостатком этой конфигурации для беспроводной зарядки является то, что две пластины в приемном устройстве должны быть выровнены друг с другом с помощью пластин зарядного устройства для работы устройства.

Униполярная конструкция: в этом типе схемы передатчик и приемник имеют только один активный электрод, и либо заземление, либо большой пассивный электрод служат в качестве обратного пути для тока. Генератор передатчика соединен между активным и пассивным электродами. Нагрузка также подключается между активным и пассивным электродами.Электрическое поле, создаваемое передатчиком, индуцирует переменное смещение заряда в диполе нагрузки через электростатическую индукцию.

Резонансная емкостная муфта
Резонанс также может использоваться с емкостной муфтой для расширения диапазона. На рубеже 20-го века Никола Тесла сделал первые эксперименты с резонансной индуктивной и емкостной связью.

Магнитодинамическая связь
В этом методе мощность передается между двумя вращающимися арматурами, одна в передатчике и одна в приемнике, которые вращаются синхронно, соединенные вместе магнитным полем, созданным постоянными магнитами на арматурах. Арматура передатчика поворачивается либо как ротор электродвигателя, либо его магнитное поле создает крутящий момент на якоре приемника, поворачивая его. Магнитное поле действует как механическая связь между арматурами. Арматура приемника создает мощность для управления нагрузкой либо путем поворота отдельного электрического генератора, либо с использованием самой арматуры приемника в качестве ротора в генераторе.

Это устройство было предложено в качестве альтернативы индуктивной передаче мощности для бесконтактной зарядки электромобилей. Вращающаяся арматура, встроенная в пол или бордюр гаража, превратит арматуру приемника в нижнюю часть автомобиля, чтобы зарядить ее батареи. Утверждается, что этот метод может передавать мощность на расстояние от 10 до 15 см (4-6 дюймов) с высокой эффективностью, более 90%. Кроме того, низкочастотные рассеянные магнитные поля, создаваемые вращающимися магнитами, создают меньше электромагнитных помех для соседних электронных устройств, чем высокочастотные магнитные поля, создаваемые индуктивными системами связи. Прототипная система, заряжающая электромобили, работает в Университете Британской Колумбии с 2012 года. Однако другие исследователи утверждают, что две преобразования энергии (от электрических до механических до электрических) делают систему менее эффективной, чем электрические системы, такие как индуктивная связь.

Дальневосточные (радиационные) методы
Дальневосточные методы достигают более длинных диапазонов, часто в нескольких километрах, где расстояние намного больше диаметра устройства (ов). Антенны с высокой направленностью или хорошо коллимированный лазерный луч создают пучок энергии, который может быть выполнен в соответствии с формой зоны приема. Максимальная направленность антенн физически ограничена дифракцией.

В общем, видимый свет (от лазеров) и микроволн (от специально предназначенных антенн) представляют собой формы электромагнитного излучения, наиболее подходящие для передачи энергии.
Размеры компонентов могут быть продиктованы расстоянием от передатчика до приемника, длиной волны и критерием Рэлея или дифракционным пределом, используемым в стандартной конструкции радиочастотной антенны, что также относится к лазерам.Дифракционный предел Эйри также часто используется для определения приблизительного размера пятна на произвольном расстоянии от апертуры. Электромагнитное излучение испытывает меньшую дифракцию на более коротких длинах волн (более высокие частоты);так, например, синий лазер дифрагирует меньше красной.

Критерий Рэлея диктует, что любой радиоволн, микроволновый или лазерный луч будет распространяться и становиться слабее и рассеянным по расстоянию; чем больше антенна передатчика или лазерная апертура по сравнению с длиной волны излучения, тем плотнее луч и тем меньше она будет распределяться как функция расстояния (и наоборот). Меньшие антенны также страдают от чрезмерных потерь из-за боковых лепестков. Однако концепция лазерной апертуры значительно отличается от антенны. Как правило, лазерная апертура, намного превышающая длину волны, индуцирует многомодовое излучение и в основном коллиматоры, прежде чем излучаемое излучение попадет в волокно или в космос.

В конечном счете, ширина луча физически определяется дифракцией из-за размера чашки по отношению к длине волны электромагнитного излучения, используемого для создания луча.
Микроволновое силовое излучение может быть более эффективным, чем лазеры, и менее подвержено атмосферному затуханию, вызванному пылью или водяным паром.

Здесь уровни мощности рассчитываются путем объединения вышеуказанных параметров вместе и добавления в коэффициенты усиления и потерь из-за характеристик антенны и прозрачности и дисперсии среды, через которую проходит излучение. Этот процесс известен как вычисление бюджета ссылок.

Микроволны
Передача энергии по радиоволнам может быть сделана более направленной, позволяя более сильное излучение на большие расстояния с более короткой длиной волны электромагнитного излучения, как правило, в микроволновом диапазоне. Прямоугольник можно использовать для преобразования энергии микроволн в электричество. Эффективность преобразования Rectenna превышает 95%. Было предложено излучение энергии с использованием микроволн для передачи энергии с орбитальных спутников солнечной энергии на Землю, и было рассмотрено излучение мощности на орбиту, уходящую на орбиту.

Сила, излучаемая микроволнами, сопряжена с трудностями в том, что для большинства применений в космосе требуемые размеры диафрагмы очень велики из-за дифракционной предельной направленности антенны. Например, в исследовании NASA, посвященном солнечным энергетическим спутникам 1978 года, потребовалась передающая антенна диаметром 1 км (0,62 мили) и приемная прямоугольная антенна длиной 10 километров (6,2 мили) для СВЧ-лучей на частоте 2,45 ГГц. Эти размеры могут быть несколько уменьшены за счет использования более коротких длин волн, хотя короткие волны могут иметь трудности с поглощением в атмосфере и блокированием пучка дождем или капельками воды. Из-за «прореживания с разреженной решеткой» невозможно создать более узкий пучок, объединив пучки нескольких меньших спутников.

Для наземных применений приемная матрица большого размера размером 10 км позволяет использовать большие общие уровни мощности при работе при низкой плотности мощности, предлагаемой для безопасности электромагнитного воздействия человека. Плотность энергии человека 1 мВт / см2, распределенная по площади в 10 км, соответствует суммарному уровню мощности в 750 мегаватт. Это уровень мощности, который можно найти во многих современных электростанциях.

Лазеры
В случае электромагнитного излучения, близкого к видимой области спектра (от десятков микронов до десятков нанометров), мощность может передаваться путем преобразования электричества в лазерный луч, который затем указывает на фотогальваническую ячейку. Этот механизм обычно известен как «силовое излучение», поскольку мощность излучается в приемнике, который может преобразовывать его в электрическую энергию. На приемнике применяются специальные фотоэлектрические преобразователи мощности, оптимизированные для преобразования монохроматического света.

Преимуществами по сравнению с другими беспроводными методами являются:
Коллимированное монохроматическое распространение волнового фронта позволяет обладать узким поперечным сечением пучка для передачи на большие расстояния.
Компактные размеры: твердотельные лазеры подходят для небольших продуктов.
Никаких радиочастотных помех для существующей радиосвязи, таких как Wi-Fi и сотовые телефоны.
Контроль доступа: только приемники попадают в лазерную мощность приема.

Недостатки включают:
Лазерное излучение опасно. Низкие уровни мощности могут ослепить людей и других животных. Высокие уровни мощности могут убивать за счет локального нагрева.
Преобразование между электричеством и светом ограничено. Фотогальванические клетки достигают эффективности 40-50%. (Эффективность преобразования лазерного излучения в электричество намного выше, чем солнечного света в электричество).
Атмосферное поглощение, поглощение и рассеяние облаками, туманом, дождем и т. Д. Вызывает до 100% потерь.
Требуется прямая видимость с целью. (Вместо того, чтобы быть направленным непосредственно на приемник, лазерный луч также может управляться оптическим волокном, а затем говорить о технологии с волоконно-оптическим кабелем).

Соединение атмосферы с плазменным каналом
При соединении с воздушным плазменным каналом энергия передается между двумя электродами электрической проводимостью через ионизированный воздух. Когда между двумя электродами существует градиент электрического поля, превышающий 34 киловольт на сантиметр при атмосферном давлении на уровне моря, возникает электрическая дуга. Этот атмосферный диэлектрический пробой приводит к потоку электрического тока вдоль случайной траектории через ионизированный плазменный канал между двумя электродами.Примером этого является естественная молния, где один электрод является виртуальной точкой в облаке, а другой — точкой на Земле. В настоящее время проводятся исследования лазерно-индуцированного плазменного канала (LIPC) с использованием сверхбыстрых лазеров, чтобы искусственно продвигать развитие плазменного канала через воздух, направляя электрическую дугу и управляя током по определенному пути контролируемым образом. Энергия лазера уменьшает напряжение пробоя атмосферного диэлектрика, и воздух становится менее изолирующим путем перегрева, что снижает плотность p нити накала.

Этот новый процесс изучается для использования в качестве лазерного громоотвода и в качестве средства для запуска молний от облаков для естественных исследований канала молнии для искусственных исследований распространения атмосферы в качестве замены обычных радиоантенн для применений, связанных с электрической сваркой и для отвода энергии от высоковольтных конденсаторных разрядов, для приложений с направленным энергетическим оружием, использующих электрическую проводимость через обратный путь заземления, и электронное заклинивание.

Сбор энергии
В контексте беспроводной мощности сбор энергии, также называемый улавливанием энергии или поглощением энергии, представляет собой преобразование окружающей среды из окружающей среды в электрическую, в основном для питания небольших автономных беспроводных электронных устройств. Внешняя энергия может исходить от рассеянного электрического или магнитного поля или радиоволны от соседнего электрооборудования, света, тепловой энергии (тепла) или кинетической энергии, такой как вибрация или движение устройства. Хотя эффективность конверсии обычно низкая, а мощность, собранная часто незначительно (милливатт или микроразряд), может быть достаточной для запуска или перезарядки небольших микрофонных беспроводных устройств, таких как дистанционные датчики, которые распространяются во многих областях. Эта новая технология разрабатывается для устранения необходимости замены батареи или зарядки таких беспроводных устройств, что позволяет им работать полностью автономно.